王静康

nullnull绿色化学化工与社会经济可持续发展 天津大学化工学院 　　 王静康2006年6月9日科学与中国科学与中国国策：“可持续发展”，即“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”。 绿色化学科学与工程技术：实现世界与中国社会与经济可持续发展的基础与保证。null 全 球 系 统循 环 经 济生 态 城 市生态工业园区分 布 业 务绿色化学与工程微观过程对宏观系统的影响的评估宏观可持续发展对微观过程的要求物流及服务原料输入预加工产品制造过程及包装配送回收、循环及排放物流及影响绿色化学与工程技术——生态工业园区—— 循环经济——可持续发展 可持续发展目 录目 录一、绿色化学与化工 1、国际化学化工发展趋势 2、绿色化学与化工 二、可持续发展与生态工业园区 三、开拓创新与科学发展— 建设创新型国家，培养创新型的人才！ 结论1、作为现代制造业核心——国际化学化工发展趋势1、作为现代制造业核心——国际化学化工发展趋势 在21世纪仍是全球经济中强大的传统基础产业之一： 发达国家90-99年化学工业GDP平均增长率是其全部工业GDP平均增长率的2.69倍 。 化学工业在2002-05年年收益增长率仍高于全球GDP(国民生产总值)增长率。 根据英国化工协会对全球化学品的统计和预测，2010年将达到2.04万亿美元（是2000年的1.42倍），仍将一直保持较高的平均增长率。一、绿色化学与化工null世界化学工业生产能力分布Facts & Figures 2000nullFacts & Figures 2000CHART 1.4Sectoral breakdown of the EU chemical industry production (*)国际大化工过程工业（流程工业）包括石化、化纤与塑料、精细化工、海洋化工、 各种产品工程如制药、轻工、农产品及食品、功能品产业等。null“21世纪化学工程进展”专家结构预测（10 — 25年，全球）国际化学工业发展趋势 美国化学过程工业是美国少数具有正的贸易顺差的制造工业之一，它获得的附加值占美国全部制造业的1/3。根据联邦政府统计，在近六年中对于化工R&D的投入，每$1(美元)可获得$2的收益，即税后年收益率 >17%。 （美国化学科学与技术学会，2003） 国际化学工业发展趋势nullFacts & Figures 2000CHART 3.3欧共体化学工业增长速度持续高于全部工业增长速度nullFacts & Figures 2000CHART 5.2欧共体化工产业能源消耗指标持续降低2、绿色化学与化工1995年美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”； 日本政府规划了在21世纪重建绿色地球的“新阳光”； 英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》1999年1月创刊； 澳大利亚也创建了绿色化学期刊； 在美国2003年公布的21世纪化学化工发展战略中，再次强调了绿色化学化工的重要性。 绿色化学化工作为应对21世纪挑战的关键技术与基础,已成为21世纪世界科技研究前沿热点： 2、绿色化学与化工绿色化学与化工定义：绿色化学与化工定义： 为减少与消除有害物质对人类健康与环境的威胁所作的化学过程与产品的设计，开发和生产。 绿色化学化工是具有重大社会需求和明确科学内涵的新兴交叉学科，是人类及全球环境安全的保证,是当今国际化学与化工的前沿。（Green Chemistry: Theory and Practice, 1998）绿色化学十二条原则绿色化学十二条原则1.源头防止废弃物产生要比废弃物产生之后再去处理净化更为可取； 2.设计的合成方法应使反应过程中所用物料最大限度地转化为最终产物； 3.在任何可行的情况下，设计的合成方法都应当采用和产出那些对人类健康和环境毒性很小甚至是无毒的物质； 4.化学产品的设计要考虑到维持高效并减少毒性； 5.尽可能不使用辅助物质（如溶剂、析出剂等），在不得不使用时，也尽量使用无害物质； 6. 应当认识到能量需求对环境及经济的影响，并应使之降到最低。合成方法应在常温常压下进行； 摘自—Poliakoff M et.al. Science, 2002, 297, 607-810. 绿色化学十二条原则7.只要在技术和经济上可行，所用未加工材料或原料都应当是可回收而不是纯消耗的； 8.尽量避免产生不必要的化学衍生物（如基团封闭、保护/去保护、在化学/物理过程中暂时修饰）； 9.催化剂（尽可能具有选择性）更优于符合化学计量的试剂； 10.设计出的化学产品在完成其效用后不应持续残留于环境，而应分解为无害的降解产物； 11.需要进一步发展分析方法，以便在危险物质形成以前进行实时在线检测与控制； 12.合理选择化学过程中所使用的物质及其形态，避免或尽量减少发生包括泄露、爆炸及火灾等化学事故。 绿色化学十二条原则为了加速实现绿色化学与化工研发目标,必须向多尺度集成研究(时间及空间尺度)发展为了加速实现绿色化学与化工研发目标,必须向多尺度集成研究(时间及空间尺度)发展Improved cash flowShorter pay back timeReduced time to marketReduced process development time缩短开发周期 减少投资 环境友好 改善产品质量 迅速抢占市场null现代的集约型流程 （1个装置） 传统的常规型流程 （11个装置设备）绿色化学与化工：由传统流程向集约型耦合过程发展3Rnull环氧乙烷草酸（媒染剂、除锈剂、漂白剂）墨水、染料、皮革二醋酸乙二醇酯（溶剂）反应分离与聚合 醇酸树脂、涤纶二甘醇乙二醇三甘醇水合脱水氧化医药、化妆品等醋酸 绿色石油化工的生产链——如环氧乙烷的深度加工，及再生资源的循环利用乙烯石油醇解或水解单体…….…….…….…….…….绿色石油化工的生产链与资源的循环利用null对于生物质资源的利用，美国国家研究委员会提出的生物质原料制得产品目标*** 世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《２０００年地球生态》显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在２０７５年耗尽。null绿色化学与化工：生物质“循环利用”的绿色过程示意图生物质(例如玉米等)葡萄糖液细菌和酵母二步转化 肥 料特 种 精 馏浓缩与分离(膜、超临界等)产品b肥 料土 壤聚 合生物降解产品a 精制（结晶等）绿色产品c …… 催化反应绿色产品d ……绿色产品e ……离子交换等null绿色化学与化工：热交换网络的建立仍是世界化工节能的主要技术过程集成是实现绿色化工目标的核心技术过程集成是实现绿色化工目标的核心技术 1、夹点分析――（资源、能源节约型） 基于热力学原理的集成换热器网络的夹点技术推广到传质交换网络中来。质交换器指的是任何逆向直接接触的传质操作，如吸收、吸附、液—液萃取、离子交换、浸取、汽提，氢夹点分析等。这种质交换网络分析的目的是设计污染杂质的回收网络，以减少污染。废水最小化的夹点设计方法。 绿色过程集成方法2、深度过程集成：网络超结构模型模拟绿色过程集成方法 立足于通用反应器及相互连接的流股网络构成的超结构，在研究传质和传热的各种可能安排的基础上，找寻最优化的结构。 ① 用可再生资源代替不可再生资源 ② 氢夹点分析 ③ 基于溶剂的分离系统设计 ④ 利用微化工厂来规避风险、提高效率 ⑤工厂公用工程及联产系统的节能这种方法的优势可用以下案例来显示：这种方法的优势可用以下案例来显示： α—一氯丁酸（MBA）和无用副产物α—α二氯丁酸（DBA）的反应器，目标是使MBA的转化率最大化。这个问题的难处在于：第一、气液两相反应器；第二、反应及其动力学均很复杂。用常规反应器：逆流填充床，搅拌槽反应器和鼓泡塔三种，结果最大转化率不超过 73.8%。而用网络超结构模型模拟设计的新反应器，转化率可达到 96.9%。 丁酸氯化时生成案例null  因为化学工业能耗中有43%用于分离，分离设备投资占总投资的40—70%，而分离中精馏用能又占其中95%，因此，如何通过集成减少精馏过程耗能就自然成为研究重点。复杂精馏包括预精馏，侧线精馏，侧线汽提和完全热耦化的Petlyuk精馏,可以大幅度降低能耗。 复杂精馏塔的集成案例：null 这种用Micro-chemical Plant现场制造剧毒化学品的装置已经商品化，例如，用CH4和 NH3生成HCN，可以在1000°C高温下的微反应器中生成。 由于这种微化工厂的设备内的通道小到5nm -- 500μm , 这种纳米级的系统中流体的传热、传质及化学反应的规律均与常规系统差别很大。 绿色过程集成方法④ 利用微化工厂来规避风险、提高效率：国际化学工业产品结构发展态势国际化学工业产品结构发展态势原料—基本化工—精细化工 —功能产品 生产链链式结构 基本化工：规模效益（资源利用率的提高） 信息化程度（自动化程度）的提高 能耗的降低 精细化工(包括功能产品): 产品结构的及时调整 多产品车间的建立——柔性生产线 根据2000年全球统计数据，在美、英、日、德等国的大化工行业的GDP中精细化学品及功能产品占79%。石油化工一体化：合理生产链及其优化与产品结构的及时调整合理生产链及其优化与产品结构的及时调整 ２０世纪末期，美国商业部作了一项统计，以石油作基准计算，如果作为燃料烧掉价值为1的话，若把它全部分离为“基本原料”，则价值增至2，若合成出“通用化学品”将增值至4，进一步制成“精细化学品”将增值至8，最终制成“专用化学品”增值至106，其价值比值为1:2:4:8:106。 国际制造业业竞争焦点：我国必须向精品高端制造强国前进。 二、可持续发展与生态工业园区二、可持续发展与生态工业园区什么叫“可持续发展” ？ -1987年《我们共同的未来》一书发表，提出了“可持续发展”最经典的定义：“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”。( “代间不平等” 问题) -美国环保总署的国家风险管理研究室NRMRL将“可持续性”表述为：“当我们为了人类健康和环境去持久地保持或改进物质和社会条件，在不超出支持它们的生态承载能力的条件下所追求的目标。” null 联合国关于可持续发展的三次会议： 1、联合国人类环境会议（1972，瑞典，113国家参加，发表“关于人类环境的斯德哥尔摩宣言”及“人类环境计划”） 2、联合国环境及发展会议（1992，巴西，178国参加，发表“关于环境与发展的里约热内炉宣言”等5项公约等） 3、可持续发展的世界首脑会议（2002，南非，191国家参加，发表“关于可持续发展的约翰内斯堡宣言”及“可持续发展世界首脑会议实施兴计划”） ２、可持续发展的定义与历史沿革（1）面临世界资源的挑战－地球资源７５年耗尽（1）面临世界资源的挑战－地球资源７５年耗尽世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《２０００年地球生态报告》显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在２０７５年耗尽。 （2）地球正在失去自我清洁的能力２２年来，一种能够清洁空气的关键自由基分子在世界范围内逐渐减少，它的浓度平均下降１０％，至今尚不清楚它下降的原因和周期，它将对地球的健康构成巨大的威胁。它是地球的防污染剂，它的减少将使烟尘越来越浓，导致破坏保护地球的臭氧层。1、可持续发展的战略需求null 如温室气体排放，臭氧层破坏等,过去10年里全球水文气象灾害数量增加了一倍。 若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2浓度可达到550 ppm,到2050年气温会上升1.5－4.5℃。 那时生态灾难又会比现在上升几倍？ （3）全球环境处于危险的十字路口 （3） 全球环境处于危险的十字路口 （3） 全球环境处于危险的十字路口 全球的生态系统正在向危险的临界值接近，环境的恶化导致自然灾害，近十年中导致世界６０８０亿美元的损失，过分对矿物燃料的使用，使气温变暖，北极冰盖已减少４２％，继续变暖会导致水资源的极度缺乏，食品的减少，和诸如疟疾、登革热之类致命的疾病广为扩散。中国的环境污染非常严重大气污染：一级标准城市只占６００多个城市中的不到１％ 工业污染：中国流行病的８０％是由于水污染传播。 固体废弃物严重：以１０％速度增长，存储量已达６.４９亿吨，占地5.17万顷。……………………….二.可持续发展研讨内容二.可持续发展研讨内容1.“可持续发展” 及其现存问题 2. 国际绿色工程发展动态 3. 可持续发展的工程技术和评价体系 4. 中国面临资源、能源和环境更严峻的挑战 5. 树立和落实科学发展观,全面建设小康社会的奋斗目标,加快推进社会主义现代化 null国策：“可持续发展” 。 廿一世纪人类的进步,已进入了可持续发展的阶段，其产业系统是工业生态系统，发展的经济模式就是循环经济。 “可持续发展与生态工业”其科学与技术基础是绿色化学科学与工程null能源供应无疑是可持续发展的头等大事。据EIA2001公布: 预计今后50年安定人口增长50%，而随着人均收入提高，相应人均能源会不断增加。所以估计今后20年总能耗会增加50%。 如何经济地满足这种能耗需求增长，又不显著增加环境成本就是一个挑战。多数专家认为：20——50年内，主要还是靠化石燃料（石油，天燃气及煤炭）。2000年世界能耗构成如下表： 能源问题…….. 能源问题…….. ※       可再生能：太阳能、风能、水利发电、生物能   null我国化学工业经济增长 很大程度建立在大量消耗能源及原材料的基础上，有时以牺牲环境为代价。 我国化学工业总产值居世界第三位，但人均化工产值仅为世界平均的1/4； 我国化学工业总能耗为美、加、墨三国之和的4.1倍，。但产值相当三国之和的23.8%. 化工废水排放量占全国工业部门的17.5%，名列第一位；化工废气排放量占第4位，固体废物排放占第5位，但危险废物占60%，为第1位。 万元产值水耗为美国的3.5倍。而万元产值的污染物排放强度是美国的近百倍。 null我国的能源及水资源现状 我国是一个公认的能源短缺而又贫水的国家 !!! null一些国家能源使用率比较资料来源：瑞士洛桑国际管理开发研究院，《世界竞争力年鉴（1998）》，《世界竞争力年鉴（2002）》各国工业化程度各国工业化程度资料来源：瑞士洛桑国际管理开发研究院，《世界竞争力年鉴（2003）》一些工业国家的工业生产率比较null 当前形势—— 中国经济高速发展 近20年（1985~2005年）中国经济高速发展。2002年国内GDP总量超过10万亿元，人均GDP超过1000美元；2005年国内GDP达到20万亿元，人均GDP超过1500美元。1949～1986 37年1986～1996 10年1996～2001 5年2001～2003 2年5000万吨结论：中国经济的高速发展，带动了钢铁、建筑、汽车等各行各业的加速发展。100万辆null当前形势—— 重工业是中国经济发展的主要支柱 材料工业是国内经济发展的物质基础，如钢产量伴随着GDP同步增长； 2006年我国钢产量达到4.18亿吨，占世界钢产量的33.7%；水泥产量达到12.4亿吨，占世界产量的50%； 重工业一般是资金密集、劳动力密集的高能耗、高污染产业。国内生产总值(GDP)与粗钢产量的发展趋势2005年：世界钢产量11.3亿吨 2006年：世界钢产量12.4亿吨我国钢产量在世界上的地位万吨国内水泥产量的发展 我国经济增长的主导是重工业，1985年至2005年间，重工业产值占国内工业总产值的比例波动在50—70%。结论：我国以重工业作为经济发展的主要支柱，是造成单位GDP能耗高、污染严重的主要原因。null当前形势—— 中国经济发展进入转型期 世界各国人均GDP达到1000-3000美元是重要的经济转型期，也是战略机遇期； 经济转型期的重要标志是发展中国家转为发达国家，工业化社会转为信息化社会； 转型期的主要社会矛盾是经济高速发展与资源环境的制约； 欧、美经历这一发展阶段的时间长达12~19年；日、韩国用7~8年实现转型；而墨西哥、巴西、菲律宾、泰国、马来西亚等国长期未能实现转型，经济陷入停滞不前。 我国经济发展与GDP增长趋势结论：为了尽快实现中国经济转型，必须坚持节能减排、建设节约型社会的基本国策，进一步降低能源、资源消耗，改善社会环境。null各国人均GDP从1000美元至3000美元的发展null可持续发展面临的问题—— 资源缺乏 社会转型期是重要战略机遇期，也是各种矛盾凸显期，随着经济快速增长和人口不断增加，资源约束矛盾日益突出，环境形势更加严峻。主要国家的铁矿石储量与钢产量 从资源禀赋看，我国是总量上的大国，人均上的贫国。人均淡水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，人均耕地占有量不到世界平均水平的40%，45种矿产资源人均占有量不到世界平均水平的一半，石油、天然气人均占有储量为世界平均水平的7%和4.5%，铁矿石、铜和铝土矿储量分别为世界平均水平的1/6、1/6和1/9。结论：随着经济发展，GDP增长与资源消耗呈线性正比关系。这意味着今后国内经济的发展需要大量的资源。因此，国内资源缺乏将是束缚我国经济高速发展的重要制约因素。null 可持续发展面临的问题—— 大气环境污染严重 全国527个市（县）中，出现酸雨的城市有298个，占统计城市的56.5%，有些地区的酸雨频率达到100%。据测算，大气污染造成的经济损失已经占到GDP的2~3%，中国的大气污染的形势不容乐观。40% 国土受酸雨威胁温室效应气体排放居亚洲之首二氧化硫排放逐年增加nullnull2003年七大水系各种水质类别所占比例 我国人均水资源不足世界平均值的1/4，而且水质受到较严重的污染。目前，全国60%的城市存在不同程度的缺水，108各城市严重缺水，饮用水源地水质较差，约有30%人口得不到安全饮用水。 2003年我国生活垃圾清运量达1.5亿吨，年均增长7-10％，处理率远远达不到要求，垃圾围城现象普遍。 可持续发展面临的问题—— 水质污染、固体废弃物泛滥null 可持续发展面临的问题—— 人居环境受到严重威胁全国主要城市空气污染综合指数 电厂对大气污染北京遭遇的沙尘暴太湖污染null 全球CO2排放量从2001年的249亿吨增加到2005的292亿吨，同期美国从63亿吨升到65亿吨，中国从28亿吨猛增至53亿吨。2006年，全世界的CO2排放量突破300亿吨； 据联合国能源署估测，2002年中国排放CO2总量已经达到40.8亿吨，是十年前的1.53倍，折合人均3.2吨，美国人均19.4吨，德国10.2吨； 节能减排的压力与困难——来自国外的压力 炭燃烧生成CO2(约占总量的80%)是产生温室效应的主要因素，CO2阻挡太阳光辐射造成全球气温上升、环境恶化和自然灾害频繁发生。全球必须共同抑制CO2的排放量。节能减排的压力与困难——来自国外的压力 节能减排的压力与困难——来自国外的压力 中国已签署京都议定书，作为发展中国家暂不承诺CO2减排指标，但发达国家普遍认为中国不承担控制温室气体排放的义务，仍不能减少空气污染和温室气体的危害。 结论：中国环境污染与温室气体排放已引进全世界的高度关注，必须尽快采取节能减排措施减少环境污染和温室气体排放量。 nullnull 社会对环境响应的四个发展阶段国际社会可持续发展思想的历史沿革二、可持续发展与生态工业园区二、可持续发展与生态工业园区可持续发展的时代标帜:当今世界已进入“生态产业”时代，所谓“生态产业”是指仿照自然界生态过程的物质循环方式来规划工业生产系统的一种模式。 在生态产业系统中各个物质的发生、转化、生产过程不是孤立的，而是通过物质流、能量流和信息流与资金流关联成网络，使一个生产过程生成的废料、废流股可以被另一个生产过程作为原料与有效流加以利用，达到环境友好、上述基本流多目标优化目的。 null 21世纪可持续发展的系统与园区的模式是生态工业系统与生态工业园区。应用系统工程的方法，去分析、研究、设计与规划化工园区大系统中的基本流：物流、能量流、资金流与信息流，以达到环境友好、资源、能源与资金最优化利用目标。----生态工业园区 二、可持续发展与生态工业园区null循环经济是仿照自然生态系统，在生产、流通和消费等全社会范围内, 通过物质循环、废物最小化、工艺替代和产品共生等方式，组织成一个“资源—产品—再生资源”的物质反复循环流动的过程，达到资源、能源的高效利用，对环境影响最小的的经济模式，本质上是一种生态经济。 3R原则，即减量化（reducing）、再利用（reusing）再循环（recycling），是实现循环经济的重要行为原则。 循环经济,绿色GDP与可持续发展生态工业园区及其大系统过程集成 生态工业园区及其大系统过程集成 生态工业园是依据循环经济理念和工业生态学原理而设计建立的一种区域型新型工业组织形式，通过模拟自然系统建立产业系统中“生产者——消费者——分解者”的循环途经，尽可能实现物质闭路循环和能量多级利用。 即生态园内企业模拟自然界生态系统，相互之间存在协同和共生关系，将最大限度地充分利用资源和减少负面环境影响，最后达到工业可持续发展的目标。 丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区 迄今为止，在世界上发展较为成熟的生态工业园区是丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区，该园区以一个炼油厂、一个硫酸厂、一个制药厂、一个火力发电厂、一个渔场和一个石膏板厂组成了一个工业网为核心，其它成员包括农场、大棚养殖、养鱼场，通过贸易方式把其它企业的废弃物或副产品作为本企业的生产原料，建立工业园区代谢生态链关系，它们彼此交换能量和物质流。如图所示: null丹麦Kalundborg的工业网络图鱼 塘壁板厂街区供热水泥和铺路农药厂硫淤泥肥料粉煤灰废热淡水湖泊制药厂硫酸厂2.炼油厂温室1.燃煤电厂废热石膏废热烟气冷却水蒸汽蒸汽丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区 1.燃煤电厂位于这个工业生态系统的中心，对热能进行了多级使用，对副产品和废物进行了综合利用。电厂向炼油厂和制药厂供应发电过程中产生的蒸汽，使炼油厂和制药厂获得了生产所需的热能；通过地下管道向卡伦堡全镇居民供热、加热温室并给养鱼厂供暖，由此关闭了镇上3500个燃烧油渣的炉子，减少了大量的烟尘排放。 丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区 将除尘脱硫的副产品工业石膏，全部供应附近的一家石膏板厂作原料。同时，还将料煤灰出售，供铺路和生产水泥之用。 2. 炼油厂和制药厂也进行了综合利用。药厂处理的淤泥被送到附近的农场作为肥料。炼油厂产生的火焰气通过管道供石膏厂用于石膏板生产的干燥使用，又减少了火焰气的排空。一座车间进行酸气脱硫，生产的稀硫酸供给附近的一家硫酸厂；炼油厂的脱硫气则供给电厂燃烧。 分析Kaluindbory的物质和能量的交换，发现有趣的特征：分析Kaluindbory的物质和能量的交换，发现有趣的特征：   ** 1. 这种能量交换有更显著的能效 例如：电厂 发电过程产生的废热和蒸汽，可送往炼油厂、温室、渔场及居民区供热系统进行利用。如果能找到废蒸汽的利用市场，那么90%以上的从工厂燃煤产生的热量能够被利用，唯一的损失便是烟囱排气所损失的能量。与此相比，典型的美国煤-火力发电厂利用燃煤产生的热量效率约仅为40%。 分析Kaluindbory的物质和能量的交换，发现有趣的特征： **    2.物料和能量交换能为参与者提供经济效益 在某些情况下，例如电厂把硫酸钙卖给石膏板生产厂，直接的经济效益并不能完全收回成本,此时的交换是由相应的法规驱动的（比如需要净化电厂烟囱尾气以除去SO2）,这些交换可避免废物掩埋或处理洗涤器废物的其他方式，故而使成本降低。而在其他情况下，例如炼油厂使用电厂的废热，这些交换是自给自足的。 分析Kaluindbory的物质和能量的交换，发现有趣的特征：丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区丹麦的卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区 3.卡伦堡生态工业园还进行了水资源的循环利用。炼油厂的废水通过生物净化处理，通过管道向发电厂输送，每年输送电厂70万立方米的冷却水。整个工业园区由干进行水的循环使用，每年减少25%的需水量。最终实现了园区的“污染零排放”。 通过各个成员间的物质和能量交换，实现了物质的部分循环和能源的逐级利用，获得了良好的经济和环境效益。 null钢厂水泥厂汽车粉碎机塑料和金属分离金属回收能量回收塑料回收能量北德克萨斯州的工业生态园内的物质流EAF Fe灰尘ASR美国北德克萨斯州的一个生态工业园美国北德克萨斯州的一个生态工业园在美国北德克萨斯州的一个生态工业园的中心便是一个钢厂，它利用废汽车作为主要的原材料。 从废汽车中得到的钢，被送到电弧炉中，制成各种各样的钢铁产品。 炉子同时产生大量的电弧炉（EAF）灰尘，其中包含大量锌、铅或其他金属。在北德克萨斯州工业园，EAF灰尘被送到需要痕量金属（Cu,S,Mn,Cr,Ni,Zn,Pb或其他金属）的水泥窑中。 汽车粉碎后的残余物被燃烧以回收能量，或者将一些塑料从残余物中分离出来。null美国部分生态工业园区 null加拿大部分生态工业园区null生态工业群--园区生态工业模式原子经济性 + 零排放 循环经济 + 环境友好123456生态工业园区为大系统（网），生态工业群（链）为工业园区的一级子系统，企业为二级子系统（点）…………………。null将各个生产子系统内部及之间的物料流、能量流与资金流形成网络，尽可能地使一个过程的副产品或三废物流成为另一过程的原料流，使一个过程的废热流（剩余有效能流）成为另一过程的热源流，籍以实现系统内多个生产过程内及过程其间从原料、中间产品、到三废的物质流循环，以及不同能阶的有效能能量流循环。 进一步将源头的能源与环境系统包括在内，进而实现资源、能源、投资的高效的优化利用，必须重视与实现大系统过程的优化。生态工业园区的网络集成与优化null绿色工业生态系统 绿色工程建立生态工业是依据生态经济学原理，以节约资源、能源、清洁生产和废弃物多层次循环利用（即节能、降耗、减排原则）等为特征，以现代科学技术为依托，运用生态规律、经济规律和系统工程的方法经营和管理的一种综合工业发展模式。 工业生态学的核心是如何实现循环经济与环境友好理念，实现再生资源的利用, 即用化学方法改变和回收利用废物，将废物转化为原料，进而达到资源与能源高效利用的目标。 绿色GDP与可持续发展绿色GDP与可持续发展 绿色GDP评估标准=GDP—（浪费的资源相应损失额+浪费的能耗相应损失额+治理环境污染相应的资金额+操作者安全的劳动保护费用） 目前的问题是如何界定和计算资源、能源和环境污染的损失额，目前还有不同的计算方法，但国际科技界认为绿色GDP才是真正的价值标准。 *上述损失额是指产品全部生命周期中造成的损失额，包括产品废旧后处理所需要的损失额。应对21世纪的挑战 日本科技发展战略的改变应对21世纪的挑战 日本科技发展战略的改变2001.3月日本制定了《科学技术基本计划》: 1.宣布未来50年内, 要使诺贝尔奖获得者达 30名。---走自立创新之路。 2.而且强调加强地球环境问题，自然灾害传染病预防、能源和粮食问题等全球规模的研究课题。 为什么？应对21世纪的挑战，提高本国经济竞争能力;为了改善国家形象和大国意识的增强，日本经济实力已具有基础研究实力。 日本科技发展战略的改变的原因日本科技发展战略的改变的原因 二战后日本奉行赶超战略，采用引进、消化吸收西方先进生产技术，降低研发成本，获成功。到60年代后期，成长为世界第二大经济强国。 90年代以后由于以下原因，发展受制约： ① 产品更新换代速度加快，学习者的生存空间被压缩，改良性产品竞争力下降。 ② 冷战结束后，国际间经济矛盾上升，美国等政府加强其知识产权的保护。null正是由于近代科技高速发展的光辉前景，世界自由贸易在一定程度内得到放宽，金砖四国应该是世界自由贸易的最大受益国。 发达国家通过技术垄断，知识产权，环境门槛，来保护其优势，科技竞争、人才竞争是国家间竞争的主要形式。 发达国家在可以通过科技高速发展，获取“比较优势”，垄断高端市场，二次世界大战前通过暴力手段达到目的，已不是最有利的手段了。使金砖四国有了一定的发展空间。《站在风暴之上》美科学院咨询报告应对21世纪的挑战 实现我国经济发展不可能靠引进！实现我国经济发展不可能靠引进！技术是市场换不来的，通过引资让出市场，会费掉自有技术和品牌，成为依附性国家。 技术是买不来的，不会把第一流技术给潜在竞争者。 技术是模仿不来的，技术产权保护，产品更新速度快，没有给学习者留下空间和时间， 只有依靠自主创新，才是唯一科学发展模式。 市场经济时代：资源、生存空间竞争→市场竞争→科技竞争→文化竞争我国的发展目标我国的发展目标我国的目标：以人为本，和谐社会，科学发展观，自主创新——突出战略地位。 国家一种分类法：资源型国家——中东等 依附型国家——拉美等 尾随型国家——日本,中国等 创新型国家——欧美等 自主创新创新型国家之路：把握核心技术， 单项创新→系统创新→新产业形成 创新项目+创新人才+创新基地。三.目标：建设创新型国家，培养创新型的人才！三.目标：建设创新型国家，培养创新型的人才！高举旗帜 科学发展 贯彻落实十七大精神开拓创新与科学发展 开拓创新与科学发展 1.创新人才培养是人才强国的基本要素 2.创新的内涵与创新型人才要素---创新型中国需要创新型人才去建设 3.应对世界和中国的可持续性发展的挑战 4.为建设具有中国特色的社会主义强国，自主创新科学发展, 努力学习、自强不息！ 你知道近期世界上科技创新大事有那些么？你知道近期世界上科技创新大事有那些么？2008年有多少人摘取了诺贝尔奖？ 2008年化学奖获取者有几名？ 有华裔科学家么？ 在诺贝尔奖历史上有几名华裔科学家获奖？ 有那些特殊的科技创新大事在进展…？你知道近期世界上科技创新大事有那些么？你知道近期世界上科技创新大事有那些么？2008年共12人。生理学或医学奖3名（德国1，法国2）；物理学奖3名（日本3）；化学奖3名（美2，日1）；经济学奖1名（美1）；和平奖文学奖1名（芬兰,法1）。( 美3，日4，德1，法3，芬兰1） 华裔共七名：李政道（1957，物理奖31岁）；杨振宁（1957，物理奖35岁）；丁肇中（1976，物理奖40岁）；李远哲（1986，化学奖，50岁）；朱棣文（1997，物理奖49岁）；崔琦（1998,物理奖59岁）；钱永健（2008，化学奖， 56岁）。 人类隐身将成现实：美国加卅大学Xian Zhang 团队,开发出一种新型纳米材料（纳米级网眼结构的银和镁氟化物）可使3物体周围的光线折射后绕过物体，从而达到隐形的效果（负折射率材料）。开拓创新与科学发展 开拓创新与科学发展 1.应对世界和中国的可持续性发展的挑战; 2.创新人才培养是人才强国的基本要素; 3. 创新型中国需要创新型人才去建设; 4.为建设具有中国特色的社会主义强国，自主创新科学发展, 努力学习、自强不息！ 5.三.建设创新型国家，培养创新型的人才！三.建设创新型国家，培养创新型的人才！ “提高自主创新能力，建设创新型国家”是国家发展战略的核心。 创造力的内涵与创造者的素质特征? “提高自主创新能力，建设创新型国家”是国家发展战略的核心。“提高自主创新能力，建设创新型国家”是国家发展战略的核心。科技创新能力是廿一世纪国际竞争的焦点： 廿一世记经济实力、国防实力、综合国力的竞争，最终决定于：科技水平、人才素质，创新能力的竞争；科技进步是社会发展的火车头，技术转移会遇到多种扼制. 居安思危：在看到成绩同时，我们必须请醒认识到，我国长期形成的结构性矛盾和粗放型增长方式尚未改变。要想从根本上改变这种状况，唯有拓宽自主创新的战略视野，充分发挥科技作为经济建设主力军的作用。创新型人才的基本素质和特点创新型人才的基本素质和特点胡锦涛总书记在2006年两院院士大会开幕式上的重要讲话中，高度概括了当代中国创新型科技人才所必需的一些基本素质和特点： 具有高尚的人生理想； 具有追求真理的志向和勇气； 具有严谨的科学思维能力； 具有扎实的专业基础、广阔的国际视野、敏锐的专业洞察力； 具有强烈的团结协作精神； 具有踏实认真的工作作风；创新行为特征创新行为特征原始创新； 移植创新； 集成创新； 引进消化吸收再创新；移植创新移植创新1999年科索沃危机，美国和南斯拉夫之间爆发战争。美国使用了一种石墨炸弹新武器，其中无炸药，当飞机将石墨炸弹投到南斯拉夫高压电网的上空，导电的石墨纤维缠绕在高压线上，引发电纲短路，电力中断。使美国不战而胜。 一个优秀创新人才, 要善于从似乎无关的事物和现象中，勤予思索，抽象出它关键的机理和思路，并加以扩展和应用，这也是移植创新的重要途径。创造力（Creativity）的定义创造力（Creativity）的定义创造力是根据一定目的、任务，在脑中创造出新技术、新产品……形象，并使之实现的过程。 心理学家雷夫达尔：“创造力是人产生任何一种形式的思维结果的能力，这些结果是新颖的，是产生它们的人事先所未能预料的。”创造者（Person）的人格特质创造者（Person）的人格特质创造力人人皆有，“创造性”行为却并非人人都具备。 创造力须有充实得知识与经验背景，但知识不等同于创造。 创造需要天才，但智力最高不等于有创造力。 善于创造的人之人格素质：想象力、联想力、观察力、好奇心、变通力。 创新者必需有强烈的创新愿望。要勤奋学习，善于思考，勇于实践，百折不挠（失败是成功之母）的坚强的心理素质。 创造的要素创造的要素创作者（Person）较着重创作者的人格特质 创造历程（Process）着重创作者的心理历程 创造产品（Product）着重创作者的作品 创造环境推动（Press）着重个人与环境的交互作用创造能力与年龄—年青成才的也很多！创造能力与年龄—年青成才的也很多！创造行为特征创造行为特征 创造发明不等同于高知识，高智力，是多因素的综合，可能发端于微末之处。最简单的可能是最好的。 光学玻璃透镜制造专利 第一次世界大战，潜艇技术的推动，俄国要求向英国购买透镜玻璃制造中关键专利。经过盟国政府间交涉，耗费了重金，购得专利说明书仅一句话：“在反应过程中不停地搅拌，气泡即可除尽。” 某杂志杜撰的笑话：美国航天局用十年的时间，数十亿美元开发了一种在无重力条件下不漏水的记录用笔，以后发现俄国一直用的是铅笔。对小概率现象的观察对小概率现象的观察 2002年诺贝尔物理奖——关于中微子的研究 利用νe +37Cl→37Ar*+e-反应 发现太阳的电子中微子νe丢失了2/3。 发现丢失的原因是νe （电子中微子）→ νμ （缪子中微子），说明中微子存在震荡现象，进而证明了中微子有质量。 通过1987.2.23大麦哲伦星云中超新星爆发（百年一遇——典型的小概率事件），Koshiba测定了中微子质量的大小。 由此Koshiba获得2002年1/2的诺贝尔奖。null 创造性成果≠高资源占有 埃瓦•贾埃弗因 发现超隧道效应，获1973年诺贝尔物理奖，称其实验条件是 ** 液氮 杜瓦瓶是借来的 ** 伏安计是用普通电表 ** 电子示波器则是新学的技术拓展 创造力≠广博的知识占有 创新是以新方式应用知识，解决实际问题，与知识的原始性发现完全不同。 ——莱斯利（剑桥校长）创造行为特征交叉领域的成就交叉领域的成就从多学科联合探究入手 诺贝尔自然科学奖统计观察力（Observation）观察力（Observation）对小概率现象的观察； 对平淡无奇事物的注意； 对交叉领域的观察； 对跨尺度现象的观察 ——善于发现已有理论与实践的矛盾 ——勇于挑战传统理论、坚持、反复完善。对平淡无奇，偶然出现事物的观察力对平淡无奇，偶然出现事物的观察力1930年H.Pines在分析石油裂解产物中不饱和烃含量时，用与H2SO4反应，测烯烃生成酯后进入水相的量，油相减少。 长时间放置，发现油相反转增加，未被重视。 1932年申请专利（UOP） 异丁烷＋正丁烯 高辛烷值汽油 1940年产业化，高辛烷值汽油运到英国用于二战。null 崭新的理论体系，引领新的创造 理性思维 逻辑推演 数学运算 实验规则 带着怀疑的目光，在无尽隧道中潜行，听到涛声，以为出口在即，而其可能导入另一个新迷宫。 数学有解的方程是否都对应着一个真实的物理世界?四把火炬创造的产品（Product)创造能力体现于发现与发明 提出创造性概念 新的自然现象的揭示 观察自然、了解自然、再现自然 演绎自然、预测自然、利用自然 证明前人的命题 猜想——科学假设，直觉离不开科学实验。 对科学假设真伪判断 “真理”相对性、它都有适用范围、寻找其边界。 发现与发明导致技术和工艺突破 科学家、工程师、能工巧匠是推动社会进步的三驾马车创造的产品（Product)创造环境推动(Press)创造环境推动(Press)政治、经济、军事发展需求。 教育、科研、开发体制与结构。 政策、激励机制等。中国对创造能力的需求（2004为例）中国对创造能力的需求（2004为例）经济高增长率 9.4%（近年均），依靠钢铁、房地产、基建、劳动密集型产业20%投资的增长率拉动；粗放型经济。 消耗世界资源量：铁矿石28%，铝矾土25%，水15%，水泥50%等，GDP仅占世界总量的4%。 低效益：DVD售价为40美元，付专利费20美元，利润少于5美元；MP3售价为80美元，付专利费45美元，利润为2美元。 制造业装备进出口逆差520亿美元……。null 2006年，我国除北京外，29个省份没实现单位GDP能耗降低的目标。原因来自多方面： —结构调整的步伐缓慢，服务业发展滞后，重工业、特别是高能耗产业增长速度过快； —节能减排的配套政策刚出台，还不完善； —法律法规和#管理#不完善，存在有法不依和执法不严的现象； —与目前的发展阶段和经济发展周期有一定关系，中国经济现在正处在工业化的中期阶段，重工业、一些原材料工业发展比较快。 温家宝总理任节能减排工作组组长节能减排任重道远null——到２０１０年，万元GDP能耗由２００５年的１.２２吨标准煤下降到１吨标准煤以下，降低幅度２０％左右； ——到２０１０年，，主要污染物排放总量比2005年少１０％。其中：二氧化硫排放量由２５４９万吨减少到２２９５万吨，化学需氧量（ＣＯＤ）由１４１４万吨减少到１２７３万吨； ——单位工业增加值用水量降低３０％； ——全国设市城市污水处理率不低于７０％； ——工业固体废物综合利用率达到６０％以上。国家节能减排的总体目标null 数据来源：2006年中国环境状况公报 从表中数据看出，工业生产排放的二氧化硫占总量的85%，工业生产的烟尘排放量占总量的79%。null二、 国际绿色工程发展动态 21世纪人类面临着资源、能源及环境的严峻挑战，为了全球的可持续发展，必须发展资源、能源节约型及环境友好型的现代制造业。广义的过程工程概括了我国俗称的化工、轻工、食品加工、功能制品加工及制药等多种工业领域的过程. 国际美英等国在20世纪绿色工程产业发展过程中已经历了三个阶段，己进入了第四阶段： 第一个阶段(1970--)：这时的主要驱动力是环保法规。解决是末端处理; 企业三废处理成本愈来愈高。例如，日本在此时期，为了满足环境的清洁化措施成本占生产总成本的比例由5%提高到18%。null表 一： 社会对环境响应的四个发展阶段 二、响应可持续发展思想的历史沿革 null单位GDP能耗从上升转为下降的主要原因 本国工业向高端发展，是发达国家单位GDP能耗从上升转为下降的主要原因，也是实现单位GDP能耗下降的传统途径。 在经济全球化的大背景下，工业升级往往和国际产业转移密不可分，这给单位GDP能耗加速下降带来了机遇。 世界工业的发展历程表明，后发国家可以借助国际产业转移的机遇实现本国工业向高端的升级，由此降低对原材料的过度依赖。利用好后发优势，成为后发国家加快实现单位GDP能耗下降的一个新手段。 单位GDP能耗从上升转为下降的主要原因 单位GDP能耗从上升转为下降的主要原因 韩国的发展经验充分说明，抓住国际分工转移的机遇，实现从劳动密集型产业向技术密集型甚至知识密集型产业升级是可行的，其关键是加强国外先进技术的消化吸收和自主创新。 韩国20世纪50—60年代属于单纯引进或产业移植阶段，70年代起对引进技术逐步进行消化、吸收以及实现国产化，到80年代，韩国将国外先进技术的模仿与本国的自主创新相结合，做大做强了一批著名企业，树立了一批国际知名工业品牌。 韩国奋斗的过程充分展示了一个发展中国家通过引进、消化、吸收走上自主创新的工业化道路，抓住产业转移契机进入工业发展高端的成功典型。 null对我国的启示 通过宏观调控防止原材料生产一哄而上，是当前降低单位GDP能耗的重要举措 要将单位GDP能耗降低目标上升为“走新型工业化道路”的标志性指标 在世界经济格局中，我国应将发挥人力资源的智力优势作为长期落脚点null比世界先进水平高35~200%年粉尘排放 500万吨 CO2气体排放超过 7亿吨年消耗矿资源100亿吨建材工业存在的突出问题国内外建材行业能源、资源消耗和污染物排放状况对比我国近五年建材行业状况null能源消费量约占全国总能源量的16.4% 占全国工业能源消费总量26.5%工业废气排放占全国工业“三废”排放量第4位 工业固体废弃物排放全国工业“三废”排放量第4位工业废水排放占全国工业“三废”排放量第1位化工行业存在的突出问题化工行业万元GDP能耗（吨标煤） 石油与化学工业能耗高、三废排放量大，与国家“十一五”规划节能减排指标存在很大差距(高出2.49倍）*2005年统计数据null材料工业与国际先进水平的差距结论: 依据现有数据比较，我国钢铁、化工、建材等基础原材料产业主要产品的单位能耗均比国际先进水平高。 吨钢综合能耗高21%； 水泥综合能耗比发达国家先进水平高30—40%； 在化工产品中，一般产品的单位能耗比发达国家高20—30%，有些产品甚至高出40%，如大型合成氨综合能耗比国外高出31.2%。null “十五”期间钢铁、有色、电力、石化、建材、化工等六大高耗能行业增长20.1%，重工业同比增长19.5%，增速比轻工业快3.1个百分点，产业结构趋于重型化的格局没有改变。 淘汰落后产能工作难度加大。部分地区电力、钢铁、有色、水泥、建材等淘汰落后产能进展缓慢。 突发环境事件时有发生。结论：严格控制钢铁、有色、建材等行业经济过热，加速淘汰落后产能对节能减排的贡献十分巨大。淘汰落后,建设节约型社会null多元化水源管理循环用水与阶梯用水发展高新技术，转变增长方式 ——城市和重点耗水行业综合节水技术集成攻关目标：污水零排放，吨钢新水耗量3.84m3，水重复利用率>97.5%。 技术关键： 多元化水源管理，海水淡化与中水回用； 循环用水技术，提高循环倍率； 阶梯用水工艺； 废水净化与处理技术。钢铁行业综合节水系统集成null发展高新技术，转变增长方式 ——建筑材料绿色制造关键技术与装备通过攻关，使建材行业的主导产业：  节能20~45%  节约资源15~50%  减少排放15~45%  产品质量达到或超过国际先进水平建设10余条示范生产线。节能（标煤） 1500万吨 节电 130亿度 减少石灰石用量 6000万吨 节地 8000亩 利用固体废弃物 2.05亿吨 节陶土 1000万吨 减少CO2 排放 7000万吨 减少NOx 等20万吨 综合节能25%以上!! 项目成果按产量计应用二分之一（其中新型墙体材料替代20%的粘土砖）, 每年产生节能减排效果：null发展高新技术，转变增长方式 ——化工行业节能减排的技术途径 由多个反应和分离过程组合而成工艺过程行业规模居世界第三位，产品种类繁多、齐全，但96％是中小企业，工艺技术落后，高能耗，高污染问题严重行业特点原料纯化分离 过程化学反应 过程产物分离 过程产品“三废”三废处理排放过程能耗：反应过程占30～40％，分离过程占60～70％ “三废源”：100％由反应过程产生 过程核心：反应过程 化工反应过程强化技术 化工分离过程强化技术“节能减排”关键技术null从“末端治理”扩展到“源头”，从企业内扩展到企业外 分析手段： 物流分析 产品生命周期分析null 最重要的是把好源头治理--设计这一关。在设计工作（工厂或产品的设计）中，就要充分考虑资源、环境问题，把设计工作和环境影响评价工作，二者结合起来，交叉进行，对于提高设计工作的环保水平，是有效的措施。不附合安全环保循环经济法则的设计，就不批准建设立项。中国对创造能力的需求结 论结 论1. 绿色化学科学与工程技术是实现世界与中国社会与经济可持续发展的基础与保证。 2.贯彻落实十七大精神--建设创新型国家，培养创新型的人才！ 3.为建设具有中国特色的社会主义强国，自主创新科学发展, 努力学习、自强不息！ 3. null 结 论 4. 创造力人人皆有，“创造性”行为却并非人人都具备。创新者必需有强烈的创新愿望。 5.创新者要勤奋学习，善于思考，勇于实践，百折不挠（失败是成功之母）的坚强的心理素质。 6. 祝你们个个成才，为国争光！ null请提出宝贵意见谢 谢！null谢 谢请提出宝贵意见实验室大楼